Preinforme_7

Vista previa del material en texto

PREINFORME 7 
 
 MÁQUINA DE D.C. SHUNT COMO GENERADOR 
 
PROFESOR: 
FERNANDO LARGO PENILLA 
 
 
POR 
JOHN FERNANDO ARENAS BETANCUR 
C.C. 1036395285 
 
 
UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA 
2018 
 
 
OBJETIVOS 
 Conocer el funcionamiento real de la maquina DC como generador auto 
excitado en conexión shunt. 
 Obtener la curva de vacío y el punto de funcionamiento de la máquina. 
 Encontrar la característica con carga para un generador DC en conexión 
shunt. 
 Obtener la característica externa para un generador DC en conexión shunt. 
 Encontrar la característica de regulación para un generador DC en conexión 
shunt. 
ELEMENTOS REQUERIDOS: 
 
 Motor trifásico. 
 Generador de corriente directa. 
 Fuente de tensión AC y DC. 
 Reóstato de arranque. 
 Reóstato de excitación. 
 Amperímetro. 
 Voltímetro. 
 Tacómetro. 
 Cables. 
PREINFORME 
 ¿Qué es autoexcitación?: 
Un generador DC es auto excitado cuando la corriente continua que excita las 
bobinas inductoras procede de la misma máquina. Para que esto ocurra debe existir 
un flujo en el circuito magnético, flujo que es posible producir y mantener por la 
histéresis magnética. Gracias a este flujo remanente, al hacer girar el inducido se 
inducirá en él una pequeña f.e.m. que, aplicada al circuito inductor, con la polaridad 
conveniente, genera una débil corriente que refuerza el magnetismo remanente y la 
f.e.m. inicial debida al flujo remanente se incrementará. A mayor f.e.m., 
corresponderá mayor corriente, con el refuerzo consiguiente del flujo, luego se 
produce un nuevo aumento de la f.e.m. y así sucesivamente hasta alcanzar un 
equilibrio o estabilidad de la tensión en bornes que se traducirá en una constancia 
de la corriente de excitación y por tanto del flujo. A esta estabilidad se llega por 
causa de otra propiedad característica de los materiales magnéticos, la de 
saturación. 
 Característica en vacío: 
Los motores shunt presentan una velocidad prácticamente constante (apenas 
disminuye al aumentar la carga, y se mantiene prácticamente constante aun 
trabajando en vacío). Son motores muy estables y de gran precisión, por lo que son 
muy utilizados en máquinas herramientas: fresadoras, tornos, taladradoras,… 
Tienen el inconveniente de que su par de arranque es más pobre que el de los 
motores serie. Siendo esta característica la que mejor define el funcionamiento del 
motor con excitación en derivación o Shunt, esto es así porque se puede calcular la 
velocidad de giro del motor necesaria para una determinada carga. Si aumentamos 
la carga aplicada al motor, obtenemos una corriente del inducido mayor para poder 
producir un par de motor igual a la carga. Lo que hace que este tipo de motor sea 
muy estable. 
 Característica con carga: 
El generador de D.C. en configuración shunt presenta la característica VL v/s IL 
mostrada en la figura: 
 
En el primer tramo la curva característica es similar a la del generador con excitación 
separada, sin embargo, las pérdidas por concepto de reacción de armadura (entre 
otros) son mayores debido a que las variaciones en el voltaje en la armadura 
también afectan la excitación del generador. Además, se aprecia que existe un valor 
crítico de corriente, a partir del cual, el voltaje en la carga cae bruscamente. En 
efecto, si se considera que la carga eléctrica comienza a demandar una corriente 
mayor que un cierto un valor crítico (dado por la máxima potencia factible de 
suministrar), el voltaje en bornes de la armadura comienza a decrecer, debilitando 
el campo que excita la máquina, lo cual hace decrecer aún más el voltaje. En el 
caso más extremo, si se cortocircuita la carga, el voltaje en los terminales de la 
armadura es cero, consecuentemente la corriente de excitación es cero y la única 
corriente circulante es la que produce la tensión debida al flujo remanente (que tiene 
un valor mínimo). Por este motivo, se dice que el generador shunt se auto protege 
de los cortocircuitos. 
 
El voltaje de un generador shunt variara en razón inversa de la carga, por la razón 
mencionada en el párrafo anterior. El aumento de la carga hace que aumente la 
caída de voltaje en el circuito de inducción, reduciendo así el voltaje aplicado al 
inductor, esto reduce la intensidad del campo magnético y por con siguiente, el 
voltaje del generador. Si se aumenta bruscamente la carga aplicada a un dinamo 
shunt la caída de voltaje puede ser bastante apreciable; mientras que, si se suprime 
casi por entero la carga, la regulación de voltaje de un dinamo shunt es muy 
defectuosa debido a que su regulación no es inherente ni mantiene su voltaje 
constante. 
Estos se adaptan bien a trabajos fuertes, pero pueden emplearse para el alumbrado 
por medio de lámparas incandescentes o para alimentar otros aparatos de potencia 
constante en los que las variaciones de carga no sean demasiado pronunciadas. 
El generador shunt funciona con dificultad en paralelo porque no se reparte por igual 
la carga entre ellas. 
Dinamo shunt 
Siendo el dinamo shunt una maquina auto excitada, empezara a desarrollar su 
voltaje partiendo del magnetismo residual tan pronto como el inducido empiece a 
girar. Después, a medida que el inducido va desarrollando voltaje este envía 
corriente a través del inductor, aumentando el número de líneas de fuerza y 
desarrollando voltaje hasta su valor normal. 
Voltaje de los dinamos shunt 
Puesto que el circuito inductor y el circuito de la carga están ambos conectados a 
través de los terminales de la dinamo, cualquier corriente engendrada en el inducido 
tiene que dividiese entre esas dos trayectorias en proporción inversa a sus 
resistencias y, puesto que la parte de la corriente pasa por el circuito inductor es 
relativamente elevada, la mayor parte de la corriente pasa por el circuito de la carga, 
impidiendo así el aumento de la intensidad del campo magnético esencial para 
producir el voltaje normal entre los terminales. 
 Característica externa: 
En la ecuación de la tensión Vt, puede ponerse ésta como función de la corriente 
Iq, suponiendo que Rcx = cte., de la siguiente forma: 
 
 
Y de aquí, despejando Vt, queda: 
 
Esta es la ecuación de una recta que pasa por debajo de la respectiva curva del 
generador con excitación independiente, pues la pendiente es más negativa. 
 
 
 Características de la regulación: 
Para voltaje constante: 
 
 
La expresión aproximada de esta curva se logra poniendo la corriente de excitación 
Ip en función de la corriente de carga Iq: 
 
Se observa que la pendiente de esta recta es mayor que la de un generador con 
excitación independiente. 
 Condiciones para la auto excitación: 
Para obtener la autoexcitación o cebado de la máquina, es preciso que exista un 
pequeño flujo en el circuito magnético, flujo que es posible producir y mantener 
gracias al fenómeno de histéresis magnética. Gracias a este flujo remanente, al 
hacer girar el inducido se inducirá en él una pequeña f.e.m. que, aplicada al circuito 
inductor, con la polaridad conveniente, genera una débil corriente que refuerza el 
magnetismo remanente y la f.e.m. inicial debida al flujo remanente se incrementará. 
A mayor f.e.m., corresponderá mayor corriente, con el refuerzo consiguiente del 
flujo, luego se produce un nuevo aumento de la f.e.m. y así sucesivamente hasta 
alcanzar un equilibrio o estabilidad de la tensión en bornes que se traducirá en una 
constancia de la corriente de excitación y por tanto del flujo. A esta estabilidad se 
llega por causa de otra propiedad característica de los materiales magnéticos, la de 
saturación. 
 Punto de funcionamiento de la maquina: 
Es el punto óptimo en el cual la maquina debería funcionar, esto ocurre cuando las 
curvas de operación y la curva de resistencia del sistema se cortan, es decir, en el 
punto de intersección indicado “A”, este punto corresponde al funcionamiento en 
régimen permanente del generador DC. Resistencia crítica del circuito inductor: 
La acumulación o crecimiento de un generador en derivación auto excitado, emplea 
un valor determinado de la resistencia Rf del campo. Si esta resistencia se redujera 
por ajuste de reóstato del campo a un valor menor (Aprox. Rf1), el proceso de 
crecimiento se efectúa a lo largo de la línea de resistencia del campo. Las 
resistencias mayores a la resistencia crítica no producirán un crecimiento, esta 
resistencia crítica del campo Rc se muestra como una tangente a la curva de 
saturación que pasa por el origen. Así, una resistencia del circuito de campo mayor 
que Rc producirá un voltaje de armadura igual a E1 o aproximado, pero no superior. 
 
 Triángulo característico: 
Es el triángulo formado entre las curvas de operación en vacío, de carga y de carga 
interna tomando como puntos A B y C la intersección de las curvas con las corrientes 
de excitación como se observa en la siguiente figura: 
Webgrafía y bibliografía: 
 
- http://www.tuveras.com/maquinascc/dinamo/excitaciondinamo.html 
- http://electridad23128.blogspot.com.co/2008/09/generador-serie-y-
shunt.html 
- http://fing.uncu.edu.ar/catedras/electrotecnia/archivos/Apuntes/maquinas_c
orr_continua/Gen_CC_3pag19a26.pdf 
- Juan José Manzano Orrego, Maquinas eléctricas. 2010, ed. Paraninfo 
- Irving L. Kosow, Máquinas eléctricas y transformadores. Edición 2, 1993. 
- http://www.taringa.net/posts/ciencia-educacion/15754202/Maquina-de-
corriente-continua.html